焦炉烟气脱硝技术的相关研究

焦炉烟气脱硝技术的相关研究

发表时间：2018-09-21T15:21:53.023Z 来源：《科技新时代》2018年7期作者：许道亮孟凡莉

[导读] 本论文针对焦炉烟气脱硝技术的相关问题进行了研究。

（中国平煤神马集团平顶山朝川焦化有限公司河南平顶山 467000）

摘要：随着社会进步、经济发展，对于焦化行业来说，污染物排放浓度将是制约焦化行业可持续发展的主要因素。2012年出台的《炼焦化学工业污染物排放标准》规定在2015年后新建的焦炉氮氧化物排放浓度不得超过500mg／Nm3、S02排放浓度不得超过5Omg／

Nm3。对于特别排放限值的地域范围，氮氧化物排放浓度不得超过150mg／Nm3，S02浓度必须控制在30mg／Nm3 以下，现有及新建焦炉若不采取措施，烟气均无法达标排放。在焦化市场疲软萎靡的现状下，因不达标而导致的罚款、限产及停产会影响企业生存。团此，焦化行业烟气治理已经迫在眉睫。本论文针对焦炉烟气脱硝技术的相关问题进行了研究。

关键词：焦炉烟气；脱硝技术；工艺选择；相关问题

朝川焦化公司焦炉烟道气脱硫系统于2017年建成并投运，该系统因设计、资金、技术、运行成本等因素，焦炉烟气脱硝处理设施不完善，污染源没有得到更好的治理。目前，焦炉烟气进行脱硝治理成了影响焦化企业清洁发展的一个关键问题，运用合理的脱硝工艺技术、较低的成本，在现有湿法脱硫后新增湿式电除尘工艺，使颗粒物排放指标为低于10mg/m³，NOx排放指标低于50mg/m³，满足企业清洁发展的需要。

1 烟气脱硝技术

烟气脱硝技术主要有两大类，一类是炉内脱硝，主要有低氮燃烧、空气分级燃烧（OFA）、燃料分级燃烧（再燃烧）等。一类是烟气脱硝，主要有SCR、SNCR、氧化吸收、氧化还原等。

2 焦炉烟气脱硝工艺

由于焦炉结构和烟气组成不同于一般的锅炉，在焦炉负荷改变时，焦炉出口烟气的温度变化较大，特别在低负荷运转时，出口烟气温度往往达不到200℃，甚至更低。另外，焦炉烟气中含有相当数量的粉尘和少量焦油成分，这些杂质的存在，也会对常规烟气脱硝装置的应用带来很大的局限性。

脱硝工艺目前有选择性催化还原技术SCR工艺、炉内脱硝的SNCR工艺、低温等离子脱硝工艺、臭氧脱硝工艺等。

2.1 SCR工艺和SNCR工艺对比

目前世界上流行的脱硝工艺主要为SCR工艺和SNCR工艺两种。此两种方法都是利用氨对NOx的还原功能，在在一定的条件下将NOx （主要是NO）还原为N2和水，还原剂为NH3。

其不同点则是在SCR工艺中，采用了催化剂促进主反应（4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O）的进行，使反应温度区间降到了300℃－400℃（低温脱硝催化剂将反应温度区间降至190℃－280℃），同时极大的提高了脱硝效率（脱硝效率可达90％以上），为目前大型企业所普遍采用。

SNCR工艺则是在没有催化剂的情况下，将还原剂喷入锅炉内温度区间为800℃－1100℃之间部位，使之发生脱硝的主反应，在SCR 反应器内，NO通过以下反应被还原：

4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O

6NO＋4NH3→5N2＋6H2O

当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOx 浓度的5%，NO2参与的反应如下：

2N02+4NH3+02→3N2＋6H2O

6N02+8NH3→7N2＋12H2O

上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOx总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。

应用较普遍且较成熟可靠的是SCR和SNCR两种工艺，但由于焦炉是由大量立火道组成的燃烧室组成，SNCR烟气脱硝技术适用于一般的炉内脱硝，不能用于焦炉脱硝。因此只有SCR比较适合，但鉴于焦炉烟气温度偏低，只能选用低中温催化剂。

2.2脱硝工艺的确定

SCR技术，受制于催化剂的反应温度（280—380℃，对负荷较低时的焦炉烟气，基本无法适应。另外由于焦炉烟气中含有的粉尘和焦油成分，也将导致催化剂的使用寿命大大降低。催化剂的频繁更换将大大增加脱硝成本。而采用炉外氧化吸收的脱硝方式，会产生大量的含硝酸盐废水，造成二次污染。

SCR脱硝工艺NOx脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOx反应，只有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。对SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化，制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、逃逸氨浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度，都影响催化剂寿命和系统的设计。除温度外，NOx、NH3浓度、过量氧以及较高的水含量和停留时间也对反应过程有一定影响。

选择性催化剂还原（SCR）技术是在烟气中加入还原剂（最常用的是氨水和液氨），在催化剂和合适的温度等条件下，还原剂与烟气中的氮氧化物（NOx）反应，生成无害的氮气和水。主要反应如下：

4NO +4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

2.3 SCR脱硝工艺方案及流程

本方案采用湿式电除尘工艺和中低温选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺，并设计在线热解析装置。中低温SCR系统设置在现有脱硫

之后（烟气在进入湿式电除尘工段前需保证烟气中SO2和颗粒物达标排放）。

具体流程：焦炉烟气（现有湿法脱硫）→湿电除尘（拟新建）→1号焦炉烟气热交换器→GGH→煤气燃烧器→中低温SCR脱硝反应器→GGH→脱硝增压风机→脱硫塔东侧砖烟囱达标排放（已建）。

原烟气经脱硫（保证烟气中SO2和颗粒物达标）和湿电除尘后，将温度约为50℃的湿烟气首先与焦炉烟气主烟道的280度烟气进行热交换升温到101℃，然后送入GGH换热器（GGH换热器需充分考虑中温烟气的防腐性能）；经GGH换热器与脱硝后的230℃高温净烟气换热后升温至187℃进入脱硝反应器入口前烟道，与加热炉送来的高温烟气充分混合升温至240℃；升温后的烟气与稀释风机送入的氨混合气在烟道中充分混合进入脱硝反应器，氨与烟气中的NOx在催化剂表面发生催化还原反应；反应后的净烟气由SCR脱硝反应器出口烟道送至GGH换热器，GGH换热器与脱硫后湿烟气换热降温，出口烟温由230℃降低至约145℃；最后由脱硝系统增压风机送至原东侧砖烟囱排放，排放的烟气温度较高，不仅满足烟囱热备工艺需要，而且充分利用原1号烟道热量，还可以杜绝烟气白烟现象。

4 结语

朝川焦化公司选用适合焦炉烟气特点的、节能的中低温选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺，还原剂可就地取材，即选用焦化厂蒸氨系统自产的氨水即可，可以节省大量的原料运输成木和采购成本等；其次，使用本工艺，还可与氨法脱硫工艺更好的衔接起来，氨水供应系统可公用，节省基建投资。综上所述，烟气脱硝最可靠的工艺仍然是SCR工艺，我公司推荐使用湿式电除尘工艺和中低温选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺。

参考文献：

[1]刘永民.焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺探讨[J].河南冶金，2018.6.29

[2]蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京.化学工业出版社.2012.417